【正文】 絲杠拉壓振動和扭轉(zhuǎn)振動固有頻率驗算 由以上計算可知 :軸承的接觸剛度 KT = 1225N/μ m ,絲杠螺母的接觸剛度 K C = 2753N/μ m ,絲杠的最小拉壓剛度 Ks min = 589N/μm ,螺母座剛度 KH =1700N/μ m。所以 K? 1/5 12? = m ,可以滿足由于傳動剛度變化所引起的定位誤差小于 (1/ 3～ 1/ 5) 機床定位精度的要求。 因為本設(shè)計選用的是 1 級滾珠絲杠 ,其任意 300mm的導(dǎo)程公差為177。 第三章 加工中心的工 作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 37 2 2 5s m a x2 2 5s m ind E 0 .0 4 2 3 2 .1 1 0K 2 9 5 0 N / m4 L 4 0 .1d E 0 .0 4 2 3 2 .1 1 0K 5 8 9 N / m4 L 4 0 .5?? ??? ?? ? ?? ? ??? ? ?? ? ?? 傳動 精度的設(shè)計 滾珠絲杠的拉壓剛度： Ks= LEd42? 當(dāng)導(dǎo)軌運動到兩極位置時 , 有最大和最小拉壓剛度 ,其中 L 值分別為 500mm和 100mm。 對數(shù)控機床 ,由于動態(tài)響應(yīng)特性要求較高 ,所以電機力矩主要是用來 產(chǎn)生加速度。 cm178。設(shè)系統(tǒng)增益 Ks 為 18 (1/ s) ,則速度環(huán)開環(huán)增益 Kvos為 54(1/ s) 。它屬于永磁型多極電機 ,其特點是 :定子磁極是高性能鐵氧體 ,能承受高的峰值電流 ,加速性能好 。 剪切強度和擠壓強度的驗算 螺栓性能等級 級 M P aM P as 7202190081089001009bb??????????? 螺栓許用切應(yīng)力 ??][Sss?? ? 查《機械設(shè)計》表 得 [Ss ]= 0][ MP??? ? 螺栓的許用擠壓應(yīng)力 ? ? ? ?PsS?? ?p 查《機械設(shè)計》表 得 ? ? ?PS ? ? MP aS Ps ][ p ??? ?? 查《聯(lián)軸器、離合器設(shè)計與選用指南》知 剪切強度 ? ?MP adZD T C ??? ?? 20b8 5 3 8 6 00 ???????? dDDZT bC 、 ? ? 1538608 MPMP a ?????? ?? ?? 擠壓強度 ][20p pbcdZD T ??? ?? 5 3 8 6 5 7 0 ???????? ?、CT a450][ 153802p MPMP a p ?????? ?? ?? 鍵的校核 由于鍵之間采用靜連接需校核鍵的抗擠壓校核 第三章 加工中心的工 作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 36 T= ? ?pp dlhdlh ?? ???? 41][21 ][2p pdlh T ?? ????即 經(jīng)校核滿足抗抗擠壓強度要求 伺服電機的選擇 選用 FANUC BESK寬調(diào)速直流伺服電機驅(qū)動 ,型號為 FB 15 ,半閉環(huán)控制。 1t = 鍵的校核 由于為靜連接鍵采用 抗擠壓校核 ][41][21pp dlhdlhT ?? ????? 即 ][2p pdlh T ?? ???? 其中 T=153860N/mm、 ??? 、 20828l ????? bL 經(jīng)校驗滿足要求 聯(lián)軸器的選擇及校核 查《聯(lián)軸器、離合器設(shè)計與選用指南 知 GY 型聯(lián)軸器采用絞制孔螺紋實現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的鏈接傳遞轉(zhuǎn)矩和保證對中精度，第三章 加工中心的工 作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 35 連接螺栓個數(shù)較少，拆裝市軸不需要做軸向移動但螺紋孔需配絞。 第三章 加工中心的工 作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 34 橫向直線位移工作臺結(jié)構(gòu) 螺母 圖 32 Y 向伺服進給結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 鍵的選擇及校核 公稱直徑 ? 2鍵長 l=2 b179。 hL h 900053006 ???? 每個滑塊上的計算載荷為 NPP C 2543101734141 ???? 選四方向等效載荷型，型號為 GGB35AA? 1011。 游動端的支承查《機械 設(shè)計手冊》，選深溝球軸承，型號為 6206。 考慮到本設(shè)計的絲杠較長，故采用一端固定，另一端游動的支撐方式，固定端選用成對絲杠專用軸承組合，型號為 40TAC72A，其額定動載荷 Ca=35280N，預(yù)緊力 Ft 為 3530N。 1011N/m2 ； I—— 絲杠最小截面慣性矩： I = 4264d　　? = ? ?40 wDd　　 ??? = ? ? 47124 m　　 ?? ?????? ； L0—— 最大受壓長度，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計取 L0=914mm； K1—— 安全系數(shù)，一般取 K1=1/3； Fmax—— 最大軸向工作載荷， Fmax = ； f1—— 絲杠支承方式系數(shù) ,查表的 f1=2，則 62 7112 10914 ? ????? ? ? 31 =? 105NFmax= 第三章 加工中心的工 作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 32 可見 Fcr 遠大于 Fm ax，滿足要求。絲杠全長為 L=1126mm。 Lu 為 774mm。 （五）臨界壓縮負荷 Fcr 確定絲杠螺紋部分的長度 Lu。 39′，絲杠底徑 ，螺母長度為 194mm，取絲杠的精度為 1 級。列數(shù) = 179。n2=2n1） Fm=(2211223m in113m ax tntn tnFtnF ?? )1/ 3 = （四）確定絲杠所受的最大動載荷 ?aC 查表，取絲杠的工作壽命 Th 為 15000h，同時取精度系數(shù) fa=1，負荷性質(zhì)系數(shù) fw=，溫度系數(shù) ft=，硬度系數(shù) fh=1，可靠性系數(shù) fk=，平均轉(zhuǎn)速為 1000r/min。 (1715+2573+7600)≈ 而絲杠的最小工作負載荷為摩擦力為 Fmin = fG =179。選定導(dǎo)軌為滾動直線 導(dǎo)軌，而一般情況下，滾動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為 ，取摩擦系數(shù)為，則絲杠所受的最大牽引力為 Fma x= KFY+f(FX +FZ+G) 其中， K 為顛覆力矩影響系數(shù)， K 一般取為 ，現(xiàn)取 K 為 ，則得最大工作負載： Fma x=179。選定導(dǎo)軌為滾動導(dǎo)軌 , 從而設(shè)定摩擦系數(shù) , 可算出最大牽引力。 橫向伺服進給系統(tǒng)與直線工作臺的設(shè)計 滾珠絲桿副的設(shè)計計算 在本設(shè)計中 ,電機和絲杠直接相連 ,傳動比為 1 ,選擇電機的最高工作轉(zhuǎn)速 1500r/ min ,最大轉(zhuǎn)矩 Mmax=1570kgf178。 本次設(shè)計中滾珠絲杠副的潤滑使用鋰基潤滑脂潤滑。 絲 杠 上 傳 動 件 轉(zhuǎn) 動 慣 量2z ?? ,則絲杠扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率ω T： m i n/32665/341910)3/( szwTT ????????? ??顯然絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠遠大于 1500r/ min。 (a).軸向拉壓總剛度 固定 — 簡支方式的軸向拉壓剛度 Ke由下式計算： 1000 1416 11692 110802 11112 11 m i n ????????? HsCBe KKKKK 得到 Ke=217 N/μ m (b).絲杠拉壓振動的固有頻率 B? B? = m i n/5053/5287600 6 rsr admK e ????? 由計算可知絲杠拉壓振動的固有頻率遠遠大于 1500r/ mi n ,所以能滿足要求。 。再加上半閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補償 ,定位精度能進一步提高。 6μ m ,機床定位精度 。 則： 滾珠絲杠螺母的接觸剛度為 : Kc = 1692N/μ m,滾珠絲杠用軸承的軸向接觸剛度 : KB = 1080N/μ m,算得最小機械傳動剛度： mNKKK BCs ?/24610 80/116 92/??????? 算的最大機械傳動剛度： mNKKK BCs ?/53910 80/116 92/129 50/1 1/1/1/1 1K m a xm a x0 ??????? 因此得到由于機械傳動裝置所引起的定位誤差為： 第三章 加工中心的工 作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 28 mKK ?? )53912461(20)11(F m a x0m i n00k ????? 其中 F0為空載時導(dǎo)軌的摩擦力。 Tamax= cmk gfMt Jn r ??????? m a xm a x? 滿足轉(zhuǎn)速匹配要求。 2s ) ,驗算： ??rMJJ 滿足慣量匹配原則，即 R?? JJ M 加速能力驗算： 第三章 加工中心的工 作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 27 mN/ EdKmN/ EdK522s m i n522s m a x???????? ??????? ?????工作臺能達到的最大加速度 2m a x /2 02 smpJ hr ?????? ??? 系統(tǒng)要求最大加速度 2sm a xm a xm a x /m530 kv60Tv2 s????? max??? 加速能力符合設(shè)計要求。根據(jù)結(jié)構(gòu)圖計算各部分折算至絲杠軸的轉(zhuǎn)動慣量 ,聯(lián)軸節(jié)及鎖緊螺母等傳動件轉(zhuǎn)動慣量 Jc , 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 Js , 工作臺等移動件的換算值 Jw ,加上電機 FB 15 的轉(zhuǎn)動慣量 JM , 全部轉(zhuǎn)動慣量相加得 Jr =(kgf178。轉(zhuǎn)子慣量大 ,在 1r/min 低速下仍能平滑運轉(zhuǎn)。制動器、測速機、編碼器配裝在電機內(nèi)部。 選擇 GY3 凸緣聯(lián)軸器型號為 1j 型 L=3 D=100、 46b30b45 11 ??? 、D 、 s=6 轉(zhuǎn)動慣量為 2./ mkgJ 質(zhì)量 由于采用絞制孔螺栓連接，是由螺栓孔壁的擠壓傳遞轉(zhuǎn)矩的，這時應(yīng)驗算螺栓連接的剪切強度和擠壓強度。 h=6179。 額定動載荷 C= 額定靜載荷 C0=。 滾動 直線導(dǎo)軌的選擇 采用兩根滾動直線導(dǎo)軌副，每根導(dǎo)軌上有兩個滑塊，其總負荷為 P=7600+2573=10173N 單向行程長度為 ，每分鐘往返次數(shù) n=4，每日平均開機 6 個小第三章 加工中心的工 作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 24 時，使用 5 年以上，每年 300 個工作日。 （七） 計算 軸承動負荷 tnh FffC? 壽命系數(shù)為： fh= 5001000 0500 33 10 ??hL 式中 fh—— 壽命系數(shù)； L10h—— 可靠性為 90%的額定壽命，取為 10000h； fn—— 轉(zhuǎn)速系數(shù)： 5 0 03133313333 ???jn nf ； 計算轉(zhuǎn)速 nj 取最高轉(zhuǎn)速，取 nj=1500r/min； NNC ???? 故能滿足要求。 （六） 臨界轉(zhuǎn)速驗 算 Ncrm a x2 2222222 991030 nL dfKAEILf cc ??? ?? r/min 式中 A—— 絲杠最小橫截面： 362 ?? ????? ?A m2 Lc—— 臨界轉(zhuǎn)速計算長度： 2 10001340407502170 ?????cL =1045mm≈ ， 取 Lc=L1=； K2—— 安全系數(shù)，一般取 ； ρ —— 材料的密度： ρ = 33 / mkg? f2—— 絲杠支承方式系數(shù)，查表 f2=,則 ncr=9910? ?2 =4489r/minnmax=1500r/min 第三章 加工中心的工 作臺和伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計 23 可見 ncr 遠大于 nmax，滿足要求。臨界壓縮負荷 Fcr為 Fcr = 2021LEIf?K1 ≥ Fma x 式中 E—— 材料的彈性模量， E = 179。 支承跨距 L1 應(yīng)略大于 Lu，取為 :L1=1200mm。 Lu 等于工作臺的最大行程 (750mm)加上螺母長度 (170mm)加兩端余程 (40mm)。在本設(shè)計中采用雙螺母墊片式預(yù)緊。 2，絲杠螺母副的接觸剛度 KC 為 1692N，螺旋升角λ =3176。 60Thnm=60? 15000? 1000=900? 106r 查表選用插管埋入式雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副，型號 CDM50103，絲杠公稱直徑為φ 50mm,基本導(dǎo)程 Ph=1